A vezeték nélküli kapcsolatok megölik Power Line Communicationt?
IoT, szub-GHz, LPWAN… Mindenki, aki tisztában van a távközlési technológia jelenlegi trendjeivel és fejlődésével, nem hagyhatta ki ezeket a „varázslatos” rövidítéseket. A mikrokontrollerek, érzékelők, kommunikációs lapkakészletek és alkatrészeik minden jelentős gyártója kínál néhány „IoT-kész” alkatrészt. Elsőre úgy tűnhet, hogy a PLC (power line communication) számára a harangok megszűntek, és a jövő a vezeték nélküli kapcsolaté. De vajon tényleg így van-e?
LPWAN
Hatalmas hatótávolság, alacsony ár, könnyű megvalósítás, elhanyagolható fogyasztás – ezt ígérik nekünk ezek a hálózatok. Két fő típust különböztethetünk meg:
Engedély nélküli sávok
Leggyakrabban az európai alkalmazások esetében a 868 MHz-es sáv, az USA-ban pedig a 900-915 MhZ sáv. Egyes hálózatok a 433 MHz-es 2,4 GHz-es frekvenciát vagy az eredetileg a televíziós műsorszóráshoz létrehozott spektrumot is használják.
E család tipikus tagjai a Sigfox, a LoRa, a Weightless, az Nwave és mások. Az engedély nélküli frekvenciasávokban való munkavégzéshez a helyi szabályozó hatóság által meghatározott, meglehetősen szigorú szabályokat kell követni.
Egy példa: a 868,8 MHz-es spektrumban az adóteljesítmény 25 mW ≈ 14dbm-re és az adás munkaszünete 0,1%-ra van korlátozva (LBT nélkül – listen before talk). Ez a korlátozás az oka annak, hogy például a Sigfox hálózat végpontja naponta legfeljebb 140 küldött üzenetet engedélyez, és csak 4 fogadott üzenetet.
Engedélyezett frekvenciasávok
Ezek közé tartoznak az LTE-M vagy az NB-IoT szabványok. Ezek többnyire olyan mobilhálózat-szolgáltatók, akik már rendelkeznek GSM- és LTE-infrastruktúrával, és licenccel rendelkeznek rá. Ezeket a „régi-új” technológiákat használva, ilyen típusú hálózatokkal a következő években tömeges kiépítés várható.
Villamosenergia-elosztás és hálózatirányítás
A leggyakrabban használt PLC kommunikációs alkalmazás a távoli villanyóra-leolvasás. A megújuló energiaforrások felhasználásának hatalmas fellendülésével az elosztók komoly problémákkal néznek szembe.
A fő cél az, hogy a megtermelt és az elfogyasztott energia közvetlen mennyisége egyensúlyba kerüljön. Az egyszerű mérőórák leolvasása ekkor összetettebb kérdéssé válik, mivel az energiahálózatot ennek megfelelően kell szabályozni. Az ilyen jellegű szabályozás nagy követelményeket támaszt a teljes elektromos hálózat kommunikációs infrastruktúrájával szemben – a villanyórától az alállomásig, majd az elosztó fejállomásig.
A feladat az, hogy a teljes útvonalon tartsa a meghatározott rendelkezésre állást, átviteli sebességet és késleltetést. A tapasztalatok azt mutatják, hogy ez a jelenleg használt technológia (GPRS, 3g vagy LTE hálózat) esetében megoldhatatlan problémát jelent.
A terepi adatok
Az LPWAN használata a villanyórák távoli leolvasására és az elosztóhálózat vezérlésére és szabályozására elsőre kényelmesnek tűnhet. A járművek és szállítmányok nyomon követése, a felügyeleti rendszerek, a közvilágítás vezérlése és sok más alkalmazás is követheti.
Mindez belefér-e a nem engedélyezett spektrumba? Mi fog történni az LPWAN-hálózat túlterhelése esetén? Mi fog történni, különösen a nagyvárosokban, az átviteli sebességgel és a késleltetéssel, amelyek kulcsfontosságúak az elektromos hálózat szabályozásához?
A villanyórák a ház pincéjében/pincéjében vagy egy ablak nélküli háztartási helyiségben lehetnek (és gyakran vannak is), ami azt jelenti, hogy nincs vezeték nélküli szolgáltatás. Ha nincs külső antenna felszerelve, az LPWAN gyakorlatilag használhatatlan az engedély nélküli frekvenciasávokban.
Egy másik tényező, amely befolyásolhatja a megfelelő technológia kiválasztását a villamos hálózatirányítás stratégiai szerepének betöltéséhez, a más témáktól való függőség. Gyakori, hogy egy szolgáltató monopolhelyzetben van egy adott vezeték nélküli szabvány tekintetében az országban. Számos szabvány megköveteli a hálózati szolgáltató által üzemeltetett felhőalapú háttértár használatát a végpontokról történő adatgyűjtés biztosítása érdekében, vagy olyan chipkészlet használatát, amelyet csak egyetlen engedélyezett gyártó szállít.
Vannak olyan esetek, amikor nem lehet PLC-t használni. Például távoli helyeken lévő mérőműszerek, a PLC mesh hálózat elérhetőségén kívül. Ezekben a helyzetekben a magasabb költségek ellenére GSM-kapcsolatot használnak. De ezek azok az esetek, amikor az LPWAN érdekesebb alternatíva lehet.
Kommunikáció az alállomások között
Miután az adatokat a PLC-hálózaton keresztül a terepről a másodlagos (MV-LV) alállomáson lévő adatkoncentrátorba továbbították, az adatok útja még messze nem ért véget. Az adatkoncentrátor és a primer/központi alállomás (pontosabban a primer transzformátorállomás MVHV) között kapcsolatot kell létrehozni. A tapasztalatok azt mutatják, hogy a szekunder alállomások több mint 12%-a a mobilhálózat szolgáltatásán kívül található.
A villanyóra számára mért adatokon és parancsokon kívül ez a csatorna az alállomás telemetriájára és távvezérlésére (RTU) is szolgál. Annak érdekében, hogy ne legyen szűk keresztmetszet, jobb tulajdonságokkal kell rendelkeznie, mint az alárendelt kisfeszültségű PLC-kommunikáció. A modern interoperábilis szabványok, mint például a PRIME 1.4-es verziója vagy a G3-PLC optimális körülmények között 1 Mbps körüli sebességgel működnek, ezért a DC és a fejállomás-rendszer közötti kapcsolat soha nem lehet lassabb. Ez sajnos kizárja a legtöbb LPWAN-szabványt.
A szabványos WIMAX megfelelő technológiának tekinthető, mivel kellően stabil kapcsolatot biztosít. Az engedélyezett frekvenciasávban működik, ahol a csatornákat a nemzeti szabályozó hatóság osztja ki. Az eredmény egy olyan állapot, amelyben a frekvenciasávot a perspektivikus területeken (például a helyi internetszolgáltatók által használt) alapvetően „elkelt”. Egy másik tényező a WIMAX hozzáférési pont (AP) magas ára.
A nagyfeszültségű vezetékek mindig jelen vannak egy transzformátorban, és a kisfeszültségű vezetékekhez képest a nagyfeszültségű vezetékeket alig befolyásolják a nem kívánt zavarok. Ez lehetővé teszi a moduláció és a magasabb rendű kódolás használatát a megfelelő átviteli sebesség eléréséhez. A PLC még ezen a területen is legalább versenyképes alternatíva, és működése nem függ egyetlen magánszolgáltatótól sem.
Otthoni alkalmazások
A PLC nem csak az iparra vagy az energetikára vonatkozik. Valószínűleg a legismertebb PLC-alkalmazás a „powerline-hálózat„, amely általában az IEEE1901 (BPL) szabványon alapuló otthoni dugalj-technológiát használja. A LAN/WAN átvitel e módszerének használata a WI-FI-kapcsolatok korszerű árai, egyszerűsége és hozzáférhetősége miatt marginális. Csak a WI-FI szolgáltatás szempontjából problémás területeken használják.
A többcélú rendszerek és az otthoni automatizálás (mérési értékek, készülékek vezérlése, riasztórendszerek) egy másik olyan terület, ahol egyszerű és olcsó PLC-modemeket lehet használni, mivel ezek jellemzően a CENELEC B és C sávjaiban működnek, amelyek viszonylag kevés interferenciával jellemezhetőek.
Az engedély nélküli frekvenciasávokban (434 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz) zajló vezeték nélküli kommunikációval összehasonlítva nagyobb hatótávolságot biztosítanak az akadályok – például vasbeton falak – okozta korlátozások nélkül. Ez egy egyszerű módja a vezeték nélküli M-Bus, Zigbee és más vezeték nélküli kapcsolatok hatótávolságának kiterjesztésének problémás területeken, például lakótömbökben.
Következtetés: A PLC-technológia jövője
A bemutatott információk alapján láthatjuk, hogy a PLC-technológia még a vezeték nélküli technológiák boomjának idején is sokat tud nyújtani, nemcsak az intelligens hálózatok területén.